CN113199462B

CN113199462B - 可调式3-pxy并联机构

Info

Publication number: CN113199462B
Application number: CN202110573838.XA
Authority: CN
Inventors: 胡波; 徐璐洲; 袁晨; 冯苗苗
Original assignee: Yanshan University
Current assignee: Yanshan University
Priority date: 2021-05-25
Filing date: 2021-05-25
Publication date: 2022-09-20
Anticipated expiration: 2041-05-25
Also published as: CN113199462A

Abstract

本发明提供一种可调式3‑PXY并联机构，该机构机型可变，其包括定平台、动平台以及连接定平台和动平台的三条分支，各分支均包括移动副P、第一可调式运动副X、连杆和第二可调式运动副Y。本发明中，可调式运动副X/Y为一种类型可变的运动副，其类型可调为：球副S、虎克铰U、转动副R以及固定连接。根据不同的工况需求，改变移动副与定平台的夹角能得到不同的分支布局。改变可调式运动副X/Y的连接方式，可构建不同类型的运动分支，实现不同运动特性的3‑PXY运动平台的搭建，达到“一机多用”的效果。

Description

可调式3-PXY并联机构

技术领域

本发明属于机器人和机械制造领域，特别是涉及一种可调节式3-PXY的并联机构。

背景技术

并联机构作为主机构的装备已在并联机床、运动模拟器、对接装置、医疗装备、六维力和力矩传感器等领域得到广泛应用。本发明提出一种可调式3-PXY并联机构，采用一种可调式运动副，在不需要拆换运动副的条件下，即可实现运动副类型的改变，得到不同运动特性的运动平台，达到“一机多用”的功能。

目前，关于可调式并联机构的研究，如中国专利CN201110054780.4公开了一种自由度可变的机构，提出将滑块通过连接件固定在虎克铰内壁不同的位置，以此来调节支链的自由度得到可变自由度机构。中国专利CN201410146578.8公开了一种运动模式可在二维平移和二维转动之间转换的二自由度并联机械手腕。此发明提出：上连杆与下连杆通过球型连杆进行不同角度的组合连接，机构可实现运动模式的转变。中国专利CN201410087943.2提出了一种自由度可变的并联变胞平台，该平台通过改变转动副与连杆的连接方式可实现平台三自由度和六自由度间的转化。

发明内容

针对以上情况，本发明为弥补现有技术的不足，提出了一种机型灵活，适应性强，工作空间可变，仅通过改变运动副内的连接方式即可改变机型的3-PXY并联机构。

本发明提供一种可调式3-PXY并联机构，其包括定平台、动平台以及连接定平台和动平台的三条分支，所述三条分支包括第一分支、第二分支和第三分支，所述各分支的两端分别与所述定平台和动平台的各端点连接，所述三条分支均为驱动分支，且所述各支中的移动副均为驱动副；所述第一分支、第二分支和第三分支均由移动副P、第一可调式运动副X、连杆和第二可调式运动副Y构成PXY串联分支；所述移动副P通过直线运动模组来实现，直线运动模组固定于连接板上；所述第一可调式运动副X和第二可调式运动副Y，其分别包括外铰座、中铰座、内铰座、十字轴、第一转动副调节件、第二转动副调节件和第三转动副调节件，所述外铰座上的轴承孔，通过轴承与中铰座上的轴配合，形成第一转动副；中铰座上的轴承孔，通过轴承与十字轴第一轴配合，形成第二转动副；所述内铰座上的轴承孔，通过轴承与十字轴第二轴配合，形成第三转动副；所述定平台与移动副P的第一端连接，所述移动副P的第二端与所述角度件的第一端连接，所述角度件的第二端与所述第一可调式运动副X的外端面连接，所述第一可调式运动副X的内端面与所述连杆的第一端连接，所述连杆的第二端与所述第二可调式运动副Y的外端面连接，所述第二可调式运动副Y的内端面与动平台连接；所述第一可调式运动副X的第一转动副轴线垂直于所述角度件，所述连杆垂直于第一可调式运动副X的第三转动副轴线垂直于第二可调式运动副Y的第三转动副轴线，所述第二可调式运动副Y的第一转动副轴线垂直于动平台。

优选地，所述第一转动副调节件，第一端通过螺栓连接在外铰座上，第二端通过螺钉连接在中铰座上，使外铰座与中铰座固连，以限制第一转动副的转动；所述第二转动副调节件，第一端通过螺钉连接中铰座上，第二端通过螺栓连接在十字轴上，以约束十字轴端面使之与外铰座内端面平行，从而限制第二转动副的转动；所述第三转动副调节件，第一端通过螺栓连接十字轴上，第二端通过螺钉连接在内铰座上，以约束十字轴端面使之与内铰座内端面平行，从而限制第三转动副的转动。

优选地，所述连接板可通过连接不同的肋板端面或直接连接定平台，获得不同的分支布局。

本发明的有益效果为：

(1)、使用相同的运动支链，通过调节运动副的连接方式，能得到不同的机构构型；

(2)、通过改变移动副与定平台间的夹角，能得到不同的分支布局。

附图说明

图1为并联机构移动副与动平台夹角为45°时的结构示意图；

图2为并联机构移动副与动平台夹角为90°时的结构示意图；

图3为并联机构移动副与动平台夹角为180°时的结构示意图；

图4为并联机构可调式运动副X和Y连接的结构示意图；

图5为可调式运动副X/Y调节为S副的结构示意图；

图6(a)、图6(b)、图6(c)为可调式运动副X/Y调节为U副的结构示意图；

图7(a)、图7(b)、图7(c)为可调式运动副X/Y调节为R副的结构示意图；

图8为可调式运动副X/Y调节为固定连接的结构示意图；

图9为本发明中肋板的结构示意图。

附图标记：

1、动平台；2、外铰座；3、中铰座；4、内铰座；5、十字轴第一轴；6、十字轴第二轴；7、第一转动副调节件；8、第二转动副调节件；9、第三转动副调节件；10、连杆；11、角度件；12、滑块；13、直线运动模组；14、电机；15、连接板；16、肋板；17、定平台；a、外端面；b、内端面；S、球副；U、虎克铰；R、转动副；P、移动副；

161、第一端面；162、第二端面；163、第三端面；164、第四端面。

具体实施方式

为详尽本发明之技术内容、结构特征、所达成目的及功效，以下将结合说明书附图进行详细说明。

结合图1、图2、图3可知整个可调式3-PXY并联机构，其包括：动平台1、外铰座2、中铰座3、内铰座4、十字轴、第一转动副调节件7、第二转动副调节件8、第三转动副调节件9、连杆10、角度件11、滑块12、直线运动模组13、电机14、连接板15、肋板16和定平台17等；整个可调式3-PXY并联机构的装配关系如下：三条分支的两端分别与定平台17和动平台1的各端点连接。第一分支由移动副P、角度件11、第一可调式运动副X、连杆10、第二可调式运动副Y构成PXY串联分支。所述移动副P通过直线运动模组13来实现，直线运动模组固定于连接板15上。如图8所示，可调式运动副X/Y，其包括外铰座2、中铰座3、内铰座4、十字轴第一轴5、十字轴第二轴6、第一转动副调节件7、第二转动副调节件8和第三转动副调节件9。外铰座2的轴承孔，通过轴承与中铰座3的轴配合，形成第一转动副；中铰座3的轴承孔，通过轴承与十字轴第一轴5配合，形成第二转动副；内铰座4的轴承孔，通过轴承与十字轴第二轴6配合，形成第三转动副。

如图1至图4所示，定平台17与移动副P的第一端连接，移动副P的第二端与角度件11的第一端连接，角度件11的第二端与第一可调式运动副X的外端面连接，第一可调式运动副X的内端面与连杆10的第一端连接，连杆10的第二端与第二可调式运动副Y的外端面连接，第二可调式运动副Y的内端面与动平台1连接。第一可调式运动副X的第一转动副轴线垂直于角度件11，连杆10垂直于第一可调式运动副X的第三转动副轴线垂直于第二可调式运动副Y的第三转动副轴线，第二可调式运动副Y的第一转动副轴线垂直于动平台1。

实施例2

结合图5至图8可知，可调式运动副X/Y，其包括外铰座2、中铰座3、内铰座4、十字轴第一轴5、十字轴第二轴6、第一转动副调节件7、第二转动副调节件8和第三转动副调节件9；

整个可调式3-PXY并联机构的机型改变如下：外铰座2的轴承孔，通过轴承与中铰座3的轴配合，形成第一转动副。第一转动副调节件7第一端通过螺栓连接在外铰座2上，第二端通过螺钉连接在中铰座3上，使外铰座2与中铰座3固连，以限制第一转动副的转动；中铰座3的轴承孔，通过轴承与十字轴第一轴5配合，形成第二转动副。第二转动副调节件8第一端通过螺钉连接中铰座3上，第二端通过螺栓连接在十字轴上，以约束十字轴端面使之与外铰座内端面平行，从而限制第二转动副的转动；内铰座4的轴承孔，通过轴承与十字轴第二轴6配合，形成第三转动副。第三转动副调节件9第一端通过螺栓连接十字轴上，第二端通过螺钉连接在内铰座4上，以约束十字轴端面使之与内铰座内端面平行，从而限制第三转动副的转动。如图5所示，可调式运动副X/Y中，三个转动副都自由时，形成球副S；如图6(a)、图6(b)、图6(c)所示，可调式运动副X/Y中，限制一个转动副转动，其余两个转动副自由时，形成虎克铰U；如图7(a)、图7(b)、图7(c)所示，可调式运动副X/Y中，限制两个转动副转动，一个转动副自由时，形成转动副R；如图8所示，可调式运动副X/Y中，三个转动副均被限制时，形成固定连接。机构各分支在同一状态下，通过改变第一转动副调节件7、第二转动副调节件8以及第三转动副调节件9在可调式运动副X/Y的连接方式，可实现运动副在球副、虎克铰、转动副以及固定连接之间的转化，得到不同的运动分支，构建不同的机构类型。

实施例3

结合零件图9，一种可调式3-PXY并联机构，直线运动模组能通过连接肋板不同的端面或直接连接定平台，改变移动副的方向。肋板16包括四个端面，第二端面162与第一端面161平行，第三端面163垂直于第一端面161，第四端面164与第二端面162夹角为45°角，连接板15与第三端面163连接时，移动副与定平台夹角为90°，连接板15与第四端面164连接时，移动副与定平台夹角为45°，连接板15直接安装在定平台17时，移动副与定平台17夹角为180°。

整个可调式3-PXY并联机构，可通过改变可调式运动副X/Y的连接方式，将运动副类型调节为球副、虎克铰、转动副以及固定连接中的任意一个，从而构建出不同的并联机构类型，使得机构在不拆卸的条件下也可实现机构的改变。

此机构可应用于不便拆卸组装机构的地方，从而节约时间与成本。

以上所述的实施例仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims

1.一种可调式3-PXY并联机构，其包括定平台、动平台以及连接定平台和动平台的三条分支，其特征在于，

所述三条分支包括第一分支、第二分支和第三分支，各分支的两端分别与所述定平台和动平台的各端点连接，所述三条分支均为驱动分支，且各分支中的移动副均为驱动副；所述第一分支、第二分支和第三分支均由移动副P、第一可调式运动副X、连杆和第二可调式运动副Y构成PXY串联分支；所述移动副P通过直线运动模组来实现，直线运动模组固定于连接板上；

所述第一可调式运动副X和第二可调式运动副Y，其分别包括外铰座、中铰座、内铰座、十字轴、第一转动副调节件、第二转动副调节件和第三转动副调节件，所述外铰座上的轴承孔，通过轴承与中铰座上的轴配合，形成第一转动副；中铰座上的轴承孔，通过轴承与十字轴第一轴配合，形成第二转动副；所述内铰座上的轴承孔，通过轴承与十字轴第二轴配合，形成第三转动副；

所述定平台与移动副P的第一端连接，所述移动副P的第二端与角度件的第一端连接，所述角度件的第二端与所述第一可调式运动副X的外端面连接，所述第一可调式运动副X的内端面与所述连杆的第一端连接，所述连杆的第二端与所述第二可调式运动副Y的外端面连接，所述第二可调式运动副Y的内端面与动平台连接；所述第一可调式运动副X的第一转动副轴线垂直于所述角度件，所述连杆垂直于第一可调式运动副X的第三转动副轴线垂直于第二可调式运动副Y的第三转动副轴线，所述第二可调式运动副Y的第一转动副轴线垂直于动平台；

所述第一转动副调节件，第一端通过螺栓连接在外铰座上，第二端通过螺钉连接在中铰座上，使外铰座与中铰座固连，以限制第一转动副的转动；所述第二转动副调节件，第一端通过螺钉连接中铰座上，第二端通过螺栓连接在十字轴上，以约束十字轴端面使之与外铰座内端面平行，从而限制第二转动副的转动；所述第三转动副调节件，第一端通过螺栓连接十字轴上，第二端通过螺钉连接在内铰座上，以约束十字轴端面使之与内铰座内端面平行，从而限制第三转动副的转动；机构各分支在同一状态下，通过改变第一转动副调节件、第二转动副调节件以及第三转动副调节件在可调式运动副X/Y的连接方式，实现运动副在球副、虎克铰、转动副以及固定连接之间的转化，得到不同的运动分支，构建不同的机构类型。

2.根据权利要求1所述的可调式3-PXY并联机构，其特征在于，所述连接板可通过连接不同的肋板端面或直接连接定平台，获得不同的分支布局。